Ультразвуковой контроль сварных швов: виды, специфика проведение, оценка в Москве и МО

Ультразвуковая дефектоскопия в АО «ЛСЦ Производственных Испытаний и Исследований «Микро» – опыт работ 20 лет. Закажите услугу сейчас для получения развёрнутой консультации и бесплатной доставки документов!

Для чего проводят ультразвуковой контроль

Данный метод НК позволяет:

  • обнаруживать подповерхностные дефекты – поры, пустоты, расслоения в наплавленном металле, трещины, шлаковые и иные включения;
  • выявлять очаги коррозионного поражения;
  • определять неоднородность структуры материалов;
  • оценивать качество сварных, паяных, клееных соединений практически любых типов (тавровых, нахлёсточных, кольцевых, стыковых, угловых), в том числе – соединений разных материалов;
  • измерять глубину залегания дефектов и их размеры.

Ультразвуковой контроль сварных соединений и основного металла – одна из обязательных процедур при техническом диагностировании, отражённая во многих руководящих документах, от РД РОСЭК-004-97 до СТО Газпром 2-2.3-066-2006. Применение УЗК привлекательно тем, что не предполагает разрушения объекта. Даже остановки эксплуатации, при определённых условиях, не требуется. Это особенно важно, например, для диагностики трубопроводов, когда нет возможности их дренировать. Правда, если речь идёт об ультразвуковом контроле трубопровода, заполненного рабочей средой, однократно (или двукратно) отражённым лучом, то при настройке необходимо погружать нижнюю грань настроечного образца в ту же жидкость.

В силу всех этих факторов ультразвуковой контроль всё чаще противопоставляют радиографическому. В пользу первого говорит ещё и то, что он безвреден для человеческого здоровья. Приборы для УЗК хороши своей портативностью, удобство работы в полевых условиях, большим многообразием датчиков, призм, сканеров и прочих принадлежностей для самых разных задач дефектоскопии.

Что касается недостатков этого метода, то чаще всего к ним относят:

  • существенные ограничения при сканировании материалов с крупнозернистой структурой и высоким коэффициентом затухания. Это объясняется слишком интенсивным рассеиванием колебаний. К таким «проблемным» материалам относятся, например, аустенитная сталь, титан, чугун и сплавы с повышенным содержанием никеля;
  • сложность при проведении контроля соединений разнородных материалов;
  • ограниченная пригодность к дефектоскопии объектов сложной конфигурации;
  • относительно низкая точность при оценке реальных размеров дефектов. Условная протяжённость, как правила, равна фактической протяжённости или, чаще всего, превышает её. С измерениями условной ширины и высоты сложнее — они коррелируют с реальными значениями ещё хуже. Именно поэтому ряд НТД не предусматривают определение условной ширины и высоты (тем не менее, данные результаты могут пригодиться для определения типа дефекта по коэффициенту отношения условной ширины к высоте и для классификации дефектов на развитые и не развитые по высоте). Данная проблема успешнее решена в технологиях ФР и TOFD, о которых написано ниже.

Зеркальный метод ультразвукового контроля

Припоиске дефектов, ориентированныхперпендикулярно к поверхностисканирования, например, некоторыхконтактно-усталостных трещин, контрольодним наклонным преобразователем невсегда дает достаточно надежныепоказания. Это связано с тем, чтоультразвуковой луч, падая на дефект, восновном зеркально отражается от егоплоскости практически не возвращаетсяна излучаемый ПЭП. Для повышенияэффективности обнаружения вертикальноориентированных поперечных трещинрекомендуется дополнить эхо-методультразвукового контроля зеркальнымметодом. Он реализуется при прозвучиванииизделия двумя ПЭП, которые размещенына поверхности сканирования так: образом,чтобы фиксировать одним ПЭП сигнал,излучаемый другим ПЭП. Сигнал переотражаясьот противоположной поверхности изделийот плоскости дефекта, поступает наприемную пьезопластину. (рис. 2.10).

img-8tfUsV.jpg

Рис.2.10. Зеркальный метод ультразвуковогоконтроля

Впростейшем случае в дополнение к первомуПЭП, работающемув обычном режиме«излучение-прием», на определенномрасстоянии Вот него устанавливают второй ПЭП, которыйможет работать только в режиме приемазеркально отраженных от плоскостидефекта сигналов (рис. 2.11). РасстояниеВмежду двумя ПЭП выбирают, исходя изусловия наилучшего озвучивания зонывероятного обнаружения дефектов.

img-epPx2y.jpg

Рис2.11. Процессформирования сигналов при зеркальномметоде ультразвукового контроля

Теория технологии

Схема работы ульразвукового дефектоскопа Технология ультразвуковой дефектоскопии. (Слева отсутствие дефекта, справа дефет)

В основе ультразвуковых колебания лежат обычные акустические волны, которые имеют частоту колебания выше 20 кГц. Человек их не слышит. Проникая внутрь металла, волны попадают между его частицами, которые находятся в равновесии, то есть, колеблются в одной фазе. Расстояние между ними равно длине ультразвуковой волны. Этот показатель зависит от скорости прохождения через металлический шов и частоты самих колебаний. Зависимость определяется по формуле:

L=c/f, где

  • L – это длина волны;
  • сскорость ее перемещения;
  • f – частота колебаний.

Скорость же зависит от плотности материала. К примеру, в продольном направлении ультразвуковые волны двигаются быстрее, чем в поперечном. То есть, если на пути волны попадаются пустоты (другая среда), то изменяется и ее скорость. При этом, встречая на своем пути различные дефекты, происходит отражение волн от стенок раковин, трещин и пустот. А соответственно и отклонение от направленного потока. Изменение движения оператор видит на мониторе УЗК прибора, и по определенным характеристикам определяет, какой дефект встал на пути движения акустических волн.

К примеру, обращается внимание на амплитуду отраженной волны, тем самым определяется размер дефекта в сварочном шве. Или по времени распространения ультразвуковой волны в металле, что определяет расстояние до дефекта.

Что являет собой УЗК сварочных стыков

Ультразвуковой контроль сварных соединений, который часто называют дефектоскопией — это неразрушающий метод проверки, в процессе которого выявляются все присутствующие в стыке внутренние дефекты механического характера, а также химические отклонения от действующих стандартов.

Данной технологией диагностируются сварные соединения разных типов. Действенной методика является для обнаружения шлаковых вкраплений в металле, выявления воздушных пустот, присутствия неметаллических элементов и химически неоднородного состава.

Ультразвуковой контроль сварных соединений: последовательность действий

В классическом виде акустическая дефектоскопия включает в себя следующие этапы:

1) зачистку металлической поверхности – сварного шва и околошовной зоны – от краски, ржавчины, окалины, загрязнений. После этого наносится разметка. При использовании мерительного пояса — обозначение начала и направление отсчёта координат. При его отсутствии — разделение на участки по 300-500 мм (если на ОК заложен РК — то лучше делать разметку сообразно с размером рентгеновской плёнки);

2) настройку чувствительности, амплитудной и временной шкалы дефектоскопа. Для начала — необходимо проверить (и при необходимости — скорректировать) точку выхода, стрелу, угол ввода, мёртвую зону, задержку в призме ПЭП. Затем необходимо правильно задать дефектоскопу параметры ОК — толщину, скорость распространения УЗ-волны, поправку на шероховатость и на затухание, выбрать единицу измерений для горизонтальной шкалы (обычно — в мм глубины). Далее — настроить временную регулировку чувствительности (для «выравнивания» эхо-сигналов от одинаковых отражателей на разной глубине) либо АРД-диаграммы (для определения эквивалентной площади отражателей). Задать опорный (браковочный уровень), поправку чувствительности (если таковая предусмотрена — в зависимости от того, по какому искусственному отражателю выполнялась настройка), выставить поисковое усиление, контрольный уровень (уровень фиксации) и браковочный уровень. Наконец, необходимо выставить усиление и масштаб развёртки, чтобы эхо-сигнал от опорного отражателя достигал 50-80% высоты экрана — кому как удобнее;

3) непосредственное прозвучивание объекта. Прижимая датчик к поверхности, оператор выполняет возвратно-поступательные поперечно-продольные либо продольно-поперечные движения с поворотом датчика на 10-15 градусов (для наклонного ПЭП) или вращением (для прямого ПЭП). В процессе прозвучивания нужно следить за тем, чтобы шаг перемещения пьезоэлектрического преобразователя не превышал 2-3 мм и не осталось пропущенных участков. Важно следить за осцилляциями сигналов на экране дефектоскопа — чтобы не пропустить эхо-сигналы, которые достигли контрольного уровня. Здесь-то и подтверждает свою полезность звуковая и световая АСД;

4) сохранение результатов, передача на ПК. Современные дефектоскопы позволяют «замораживать» изображение развёртки для последующего анализа. Либо — можно сразу наносить разметку мелом или маркером на поверхности ОК в местах выявленных дефектов;

5) расшифровку данных, оформление заключения. Обычно дефекты классифицируются на допустимые и недопустимые по амплитуде, протяжённые и непротяжённые, поперечные, в корне и в сечении шва. Формат заключения/протокола/акта по результатам УЗК утверждается в нормативно-технической документации на контроль и согласовывается с заказчиком. Запись дефектов осуществляется с использованием условных обозначений, указанием глубины залегания, координат относительно начала отсчёта, амплитуды, протяжённости и пр. Чтобы упростить выборку дефекта и ремонт ОК, рекомендуется указывать начальные и конечные координаты каждого дефекта. В зависимости от того, какие дефекты обнаружены и какими параметрами они обладают, объект контроля относят к категории «годен», «ремонтировать» или «вырезать».

Настройка перед проведением ультразвукового контроля

Как проводится ультразвуковая дефектоскопия

Все выше описанные технологии относятся к категории ультразвуковых методов неразрущающего контроля. Они удобны и просты в исполнении. Рассмотрим, как теневой метод используется на практике. Все действия проводятся по ГОСТ.

  • Производится зачистка сварного шва и прилегающих к нему участков на ширину 50-70 мм с каждой стороны.
  • Чтобы получились более точные результаты на соединительный шов наносится смазочное средство. К примеру, это может быть солидол, глицерин или любой другое техническое масло.
  • Производится настройка прибора по ГОСТ.
  • Излучатель устанавливается с одной стороны и включается.
  • С противоположной стороны искателем (приемником) производятся зигзагообразные перемещения вдоль сварного стыка. При этом прибор немного поворачивают туда-сюда вокруг своей оси на 10-15°.
  • Как только на мониторе появится сигнал с максимальной амплитудой, то это вероятность, что в металле шва обнаружен дефект. Но необходимо удостоверится, что отражающий сигнал не стал причиной неровности шва.
  • Если не подтвердилось, то записываются координаты изъяна.
  • Согласно ГОСТ испытание проводится за два или три прохода.
  • Все результаты записываются в специальный журнал.

Внимание! Контроль качества сварных угловых соединений (тавровых) производится только эхо-импульсным способом, теневой метод здесь не подойдет.

Технология проведения ультразвукового контроля

Ультразвуковая дефектоскопияТехнология акустического контроля сварки зависит от типа сварного соединения и от требований, предъявляемых к качеству изделия. Технологию проведения акустического контроля можно условно разделить на несколько основных этапов:

1. Контроль сварного соединения внешним осмотром
2. Выбор метода контроля и типа преобразователя
3. Определение границ перемещения преобразователя
4. Подготовка поверхности сварного соединения для контроля
5. Размещение, включение, проверку работоспособности приборов и оборудования для контроля, их настройка
6. Прозвучивание металла сварного шва и зоны термического влияния
7. Оформление данных, полученных при контроле
8. Определение качества сварки, исходя из результатов контроля
9. Оценка качества сварки на соответствие требованиям, предъявляемым к металлоконструкции.

Схема сканирования шва ультразвуковым дефектоскопомПри внешнем осмотре сварного соединения устанавливают толщину свариваемого металла, тип соединения, размеры сварного шва (величину усиления или размер катета) и устанавливают наличие или отсутствие внешних сварных дефектов. Недопустимые дефекты необходимо устранить.

Контролируя сварное соединение, преобразователем совершают продольно-поперечные движения вдоль сварного шва, а также, одновременно с этим, вращательные движения, см. рисунок слева.

Параметры оценки результатов

Чувствительность прибора – основной фактор качества проводимых работ. Как с его помощью можно распознать параметры дефекта.

Во-первых, определяется количество изъянов. Даже при самых близких друг к другу расстояниях эхо-метод может определить: один дефект в сварочном шве или два (несколько). Их оценка производится по следующим критериям:

  • амплитуда акустической волны;
  • ее протяженность (условная);
  • размеры дефекта и его форма.

Протяженность волны и ширину изъяна можно определить путем перемещения излучателя вдоль сварочного соединения. Высоту трещины или раковины можно узнать, исходя из разницы временных интервалов между отраженной волной и излученной раньше. Форма же дефекта определяется специальной методикой. В основе ее лежит форма отраженного сигнала, появляющаяся на мониторе.

Метод ультразвуковой дефектоскопии сложный, поэтому качество полученных результатов зависит от квалификации оператора и соответствия полученных показателей, которые регламентирует ГОСТ.

Повышение точности результатов

Добиться точности, качества и достоверности результатов можно, влияя на:

  1. Состояние поверхности: чистота, шероховатость, профиль.
  2. Геометрию: не параллельность, кривизна.
  3. Выбор контрольного, настроечного образца.
  4. Выбор метода и оборудования.
  5. Настройку УЗ-преобразователей и дефектоскопа.
  6. Установку технических параметров (скорость распространения звука).

Обучение и аттестация специалистов по ультразвуковому методу контроля

Пройти подготовку и аттестацию на дефектоскописта УЗК можно в специализированных научно-учебных центрах. Всего предусмотрено 3 квалификационных уровня – I, II и III. Продолжительность программы обучения обычно составляет 40–120 часов. В стандартный курс входят следующие дисциплины:

  • введение в классификацию видов и методов неразрушающего контроля;
  • физические основы – теория колебаний, типы упругих волн, их свойства, критические углы ввода, дифракция, интерференция, закон Снеллиуса;
  • блок по ультразвуковым колебаниям (что собой представляет акустическое поле, в чём разница между прямым и обратным пьезоэффектом, устройство ПЭП, мёртвая и ближняя зона, дальняя зона, реверберационно-шумовая характеристика преобразователя, резерв усиления);
  • методы УЗК;
  • технология проведения акустической дефектоскопии прямыми и наклонными совмещёнными и раздельно-совмещёнными ПЭП;
  • приборы и дополнительные принадлежности для УЗК.

Специалистов III уровня дополнительно обучают разработке методик проведения ультразвукового контроля. Изучаются типовые требования к их наполнению и оформлению. Дополнительное обучение и сертификация по ISO 9712 необходимы для работы с фазированными решётками и методом TOFD.

По завершении обучения необходимо сдать квалификационный экзамен, состоящий из теоретической и практической части.

Разумеется, в каждом учебном центре есть своя библиотека методической и образовательной литературы. Дополнительно к этому можно почитать «классику» учебников по УЗК – труды И.Н. Ермолова, В.Г. Щербинского, В.В. Клюева, А.Х. Вопилкина и др. Посмотреть информацию об изданиях можно в специальном разделе «Библиофонд» онлайн-библиотеки «Архиус».

Для тех, кто открыт для новых знаний и обмена опытом, на форуме «Дефектоскопист.ру» предусмотрен свой раздел. Начать рекомендуем с веток «Изучение УЗ-контроля» и «Обучение УЗК».

Будьте с «Дефектоскопист.ру» – и вы станете настоящим профессионалом ультразвукового контроля сварных соединений (и не только)!

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...
Лазерные станки